LCD-15H變壓器差動繼電器（富繼）
1 用途
1.1LCD—15H型變壓器差動繼電器（以下簡稱繼電器）用于變壓器或發(fā)電機一變壓器組
1.2作為內(nèi)部短路故障的主保護。
1.3繼電器應(yīng)與FY－1型自耦變流器或FL－8型變流器配套使用。
2 結(jié)構(gòu)與工作原理
2.1結(jié)構(gòu)
繼電器采用嵌入式后接線（JK－31K）結(jié)構(gòu)型式，其外形及安裝尺寸、背后端子圖見附錄。
2.2 工作原理
繼電器采用差電流原理制成，其原理接線如圖1所示。將被保護設(shè)備（以下簡稱設(shè)備）各側(cè)電流互感器二次電流經(jīng)FY－1或FL－8變流器匹配之后，引入繼電器中。 在設(shè)備內(nèi)部故障時，流入設(shè)備的電流與流出設(shè)備的電流不同，產(chǎn)生差電流使繼電器動作。
在正常運行時，由于流入設(shè)備和由設(shè)備流出的電流（按變壓器變比折算到一側(cè)后）相同，理論上講沒有差電流。實際上由于各側(cè)電流互感器變比不同，誤差不同及變壓器調(diào)節(jié)分接頭位置等原因，存在一個不大的差電流。這個差電流不大于設(shè)備額定電流Ie的10％～15％，繼電器的整定動作電流應(yīng)大于此差電流。
圖 1 原理接線圖
外部故障時（設(shè)備區(qū)外短路故障或稱穿越性故障），流過設(shè)備的電流可能很大。在故障開始瞬間的暫態(tài)過程中，短路電流里還包含很大的非周期分量。因而設(shè)備各側(cè)的電流互感器可能飽和。此時，由于各電流互感器磁化特性不*，二次差電流可能很大，為防止繼電器在這種情況下誤動作，設(shè)有比例制動回路。當(dāng)短路電流增大時，制動量按比例增大，使繼電器制動。繼電器具有兩側(cè)比例制動。經(jīng)過匹配的設(shè)備兩側(cè)電流互感器二次電流通過電抗變壓器T4的兩個原繞組，其副繞組里的感應(yīng)電勢經(jīng)過V4整流后成為比例制動電壓。
在變壓器空載投入或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)過程中，變壓器的勵磁涌流可能很大，其值有時可達變壓器額定電流的4～8倍，遠大于繼電器的整定動作電流；又因涌流僅出現(xiàn)在一側(cè)，對差動繼電器來講相當(dāng)于差電流，如不采取閉鎖措施，將會誤動作。繼電器利用差電流里的二次諧波起制動作用。因為涌流里有很大比例的二次諧波分量，而內(nèi)部短路故障電流里二次諧波含量很小，可以有效地防止繼電器在變壓器空投時誤動作，而在變壓器內(nèi)部故障時又不會拒動。接在差電流回路里的電抗變壓器T2用來取出二次諧波制動量。
在設(shè)備內(nèi)部嚴(yán)重故障時（如引出線短路），短路電流很大，可達額定電流的20～30倍以上。此時各側(cè)電流互感器可能嚴(yán)重飽和，其二次電流中可能出現(xiàn)很大的各次諧波分量。為防止差動繼電器在此時拒動，并為加快動作速度，繼電器中設(shè)有不帶制動的電流速動部分，其動作電流整定值按大于變壓器空投時的勵磁涌流來決定。
2.2.1 差電流回路
在差電流回路里（引出端子2與8之間）共有三只電抗變壓器T1～T3并由它們組成三個部分。
2.2.1.1差動動作部分
由T1、C1、V1及R1組成。T1副繞組與電容器C1組成50Hz諧波電路，其輸出基波電壓（即C1兩端電壓）U1經(jīng)V1整流橋整流后，通過電阻R1作為動作電壓Ud加在執(zhí)行元件極化繼電器K1及其附加電阻上。
2.2.1.2 諧波制動部分
由T2、C2、C3、T5、V2及R2組成。電抗器T5與電容器C3組成50Hz并聯(lián)諧振回路，成為基波阻波器。T2的副繞組與電容器C2組成100Hz諧振電路， 通過它取出正比于差電流里二次諧波分量的100Hz電壓U2。再經(jīng)過基波阻波器（T5與C3）除掉其中混入的基波分量，由V2整流橋整流后，通過電阻R2作為諧波制動電壓Uz2加在執(zhí)行元件上。
2.2.1.3 差電流速斷部分
由T3、V3、C5及K2等元件組成。T3的副繞組輸出電壓與差電流成正比，此電壓經(jīng)V3整流橋整流，再經(jīng)電容器C5濾波之后，加在執(zhí)行元件中間繼電器K2及其串聯(lián)電阻上。當(dāng)差電流達到差電流速斷整定值時，K2動作跳閘。用整定插頭改變T3副繞組的抽頭（ 即改變輸出電壓）來改變差電流速斷動作電流整定值。電位器R12用來調(diào)節(jié)zui小差動速斷電流，在出廠前調(diào)好鎖緊，其它整定值均可保證一定的準(zhǔn)確度。
2.2.2 比例制動部分
比例制動部分接在“和電流”回路中，由T4、V4、V5、R3～R5等組成。T4有兩個原繞組分別接入被保護設(shè)備兩側(cè)電流互感器的二次回路。通過此兩個繞組的電流正比于流入設(shè)備和流出設(shè)備的電流，此二電流矢量和在T4副繞組產(chǎn)生一個與其成正比例的電壓UZ。UZ經(jīng)V4整流橋整流之后，通過穩(wěn)壓管V5及電阻R3～R5作為比例制動電壓Uz1與諧波制動電壓Uz2并聯(lián)，通過R2加在執(zhí)行元件上。Uz1與設(shè)備外部短路時故障電流成比例，故稱比例制動電壓。
用插頭改變串聯(lián)電阻R3～R5，可以調(diào)節(jié)比例制動電壓的大小，即比例制動特性斜率。穩(wěn)壓管V5用來得到零制動段（見圖2），即當(dāng)制動電流（通過T4原方的電流）較小，小于0.5～1倍繼電器額定電流時，V5不能擊穿，無比例制動電壓加在執(zhí)行元件上， 用以提高繼電器對設(shè)備內(nèi)部輕微短路故障（如變壓器匝間短路）的靈敏度。
2.2.3 主回路動作電流調(diào)節(jié)
由差動動作部分，諧波制動部分和比例制動部分組成的，以極化繼電器K1為執(zhí)行元件的回路叫主回路，其執(zhí)行元件叫作主元件。
動作電壓與制動電壓通過R1、R2合成后，其代數(shù)和由電容器C4濾波后加在執(zhí)行元件上。當(dāng)動作電壓大于制動電壓時，和電壓為正（K1端子“4”為正極）， 此正電壓超過K1的動作電壓后，K1動作跳閘，反之K1制動。
電阻R6與電位器R11用來調(diào)節(jié)繼電器主回路的zui小動作電流（1A或0.2A），在出廠前或更換極化繼電器后調(diào)好并鎖緊。其它整定值是用插頭改變K1的并聯(lián)電阻R7～R9來得到，可以保證一定的準(zhǔn)確度。
2.2.4 其它說明
差動電流速斷部分的執(zhí)行元件K2（中間繼電器）叫做速斷元件。
主元件K1的引出觸點與速斷元件K2的引出觸點分別由端子1、5和25、27引出，以便分別外接信號繼電器，便于分析故障。如不需分別接信號繼電器時，可將它們在端子上并聯(lián)后引出。
繼電器的動作特性見圖2。
繼電器的動作時間特性見圖3。
繼電器的頻率特性見圖4。
圖2 繼電器的動作特性
繼電器在各種故障時的動作見表1。
表1
| 故障類型 | 動作情況 | |
| 主元件 | 速斷元件 | |
| 保護區(qū)外短路 | 不動 | 不動 |
| 變壓器空投 | 不動 | 不動 |
| 保護區(qū)內(nèi)短路 | 動 | 不動 |
| 保護區(qū)內(nèi)嚴(yán)重短路 | 動或緩動 | 動 |
| 正常運行 | 不動 | 不動 |
圖3 繼電器的動作時間特性
3 技術(shù)要求
3.1 額定數(shù)據(jù)
額定交流電流Ie： 5A或1A，50Hz。
3.2 動作電流
3.2.1 整定范圍
a.額定電流Ie為5A時：1A，1.5A，2A，2.5A。
b.額定電流Ie為1A時：0.2A，0.3A，0.4A，0.5A。
3.2.2 誤差
動作電流十次測量平均值與刻度值之差與刻度值之比不超過±10％。
3.2.3返回系數(shù)
不小于0.4。
3.3 制動特性斜率
a. 整定范圍：0.3，0.4，0.5，0.6；
b. 誤差：不超過±10％。
3.4 二次諧波制動比 15％~25％。
3.5 動作時間
在三倍動作電流下不大于50ms。
3.6 差電流速斷部分
3.6.1 動作電流整定范圍
a.額定電流5A時： 25A，30A，40A，50A，60A，75A；
b.額定電流1A時： 5A，6A，8A，10A，12A，15A。
3.6.2 動作電流整定值誤差
動作電流三次測量平均值與刻度值之差與刻度值之比不超過±10％。
3.6.3動作時間
在1.5倍動作電流下，不大于15ms。
3.7 功率消耗
在額定電流下差動回路消耗不大于2VA，制動回路消耗（每側(cè)）不大于1VA。
3.8 觸點容量
在電壓不大于220V，電流不大于0.2A的直流有感負(fù)荷回路（τ=5ms±0.75ms）中能斷開20W。
3.9 負(fù)載能力
當(dāng)環(huán)境溫度為－20℃～45℃時，繼電器的電流回路允許通過電流見表2。
圖4 繼電器的頻率特性表2
| 回路名稱 | 制動回路 | 差動回路 |
| *允許 | 2Ie | 1.2Ie |
| 1s允許 | 20Ie | 10Ie |
| zui大穿越電流（允許0.1s） | 50Ie | -- |
3.10 絕緣強度
a. 試驗部位
各電路和外露的導(dǎo)電部分之間；
各獨立電路之間。
b. 試驗電壓
穩(wěn)壓：2000V 1min；
暫態(tài)：5kV，1.2μs/50μs標(biāo)準(zhǔn)雷電波，正、負(fù)極性各三次，每次間隔不少于5s。
3.11 重量
約4.5kg
4 調(diào)試方法
4.1一般檢查
在進行通電試驗之前應(yīng)檢查：
a. 繼電器外觀有無損壞；
b. 鐵芯及零件有無銹蝕；
c. 有否斷線、脫焊情況；
d. 所有固定用螺釘有否松動、劈口現(xiàn)象；
e. 插頭接觸是否可靠。
4.2 主回路動作電流及動作時間檢查
試驗接線見圖5所示。
圖5 主回路動作電流及時間試驗接線4.2.1 動作電流試驗
a. 閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電流使繼電器動作，K1觸點閉合，讀出動作電流值；
b. 減小電流讀出返回電流值；
c. 對應(yīng)于每個整定刻度，重復(fù)上述測量十次，取十次讀數(shù)平均值為繼電器的動作電流Id和返回電流If，按下式（1）算出返回系數(shù)kf ：
kf = If / Id （1）
d. Id如果不符合技術(shù)要求之規(guī)定可以調(diào)節(jié)繼電器里的電位器R11使之符合要求。
4.2.2 動作時間檢查
a. 閉合開關(guān)，調(diào)電流至三倍整定動作電流后打開開關(guān)；
b. 合上開關(guān)，突然施加電流測出動作時間值；
c. 取十次測量值的平均值作為動作時間值；
d. 要用毫秒表測動作時間。
4.3 動作特性試驗
試驗接線見圖6 ，試驗步驟如下：
圖 6 動作特性試驗接線
a. 將動作電流整定為zui小值（額定電流Ie為5A的產(chǎn)品整定1A， 額定電流Ie為1A的產(chǎn)品整定為0.2A）。
b. 依次調(diào)節(jié)制動電流Iz等于1.5Ie和3Ie ，增加Id求出對應(yīng)于每一Iz值的動作電流值。
c. 按下式求出制動特性斜率kz ：
kz＝（Id2－Id1）/2·（Iz2－Iz1）…………（2）
式中：Id2—制動電流為Iz2時的動作電流；
Id1—制動電流為Iz1時的動作電流。
d. kz如不符合技術(shù)要求中的規(guī)定，可以改變電抗變壓器T4副繞組抽頭來達到。
4.4 諧波制動特性試驗
試驗接線見圖7 。試驗步驟如下：
圖 7 諧波制動特性試驗接線 a. 調(diào)節(jié)整流電流I2=Ie；
b. 調(diào)節(jié)正弦電流I1，至繼電器動作，再減小I1至繼電器剛剛返回，拉合開關(guān)S ，繼電器不應(yīng)動作，如動作時應(yīng)再減小I1，直到拉合S繼電器剛好不動時，讀出電流I1；
c. 按下式求出諧波制動比
k=0.3IZ / （0.71I2＋I1）……………（3）
d. k值如不符合技術(shù)要求規(guī)定時，應(yīng)檢查T2與C2的諧振回路是否調(diào)好， 如不好可改變T2副邊抽頭來調(diào)節(jié)。
4.5 差電流速斷部分試驗
試驗接線如圖5 。方法與4.2項相同。但應(yīng)注意：
a. 引出觸點端子為25，27；
b. 試驗時應(yīng)取下極化繼電器K1，以免它多次受大電流沖擊造成動作值改變（過一段時間可以恢復(fù)）影響其它項目試驗；
c. 每次試驗通電時間不要太長，兩次通電間要有一定的時間間隔，以免損壞繼電器。取三次測量平均值作為測量結(jié)果。
d. 測量動作時間就在整定值為5Ie時用1.5倍整定動作電流（即7.5Ie）測量。
4.6 諧振回路調(diào)整
諧振回路在出廠之前已調(diào)整好，出廠之后一般不需調(diào)整。僅在運輸中發(fā)生損壞或其它性能不符合要求（如動作電流比整定值大得太多，諧波制動比不合格等）時才進行諧振回路的檢查與調(diào)整。
4.6.1 基波諧振回路
按圖8接好試驗電路。
圖中：PV—高內(nèi)阻電壓表 TT—220/12V～24V變壓器
F—變頻電源20Hz～1000Hz，容量S≥10VA。
圖8 諧振回路調(diào)試接線
a. 斷開由電容器C1B的“2”端至整流組塊2V1～3之間的連線；
b. 用變頻電源向繼電器差動回路（端子2和8）通入50Hz，1A電流，用高內(nèi)阻電壓表測量C1A兩極之間交流電壓UC1；
c. 調(diào)節(jié)輸入電流頻率使UC1為zui大值，此時的頻率為回路諧振頻率；
d. 改變電抗變壓器T1抽頭位置（將C1A的“2” 端引向T2的引線分別焊在電抗變壓器T1的M11，M12，M13和M1各抽頭上）按上述方法求出每個抽頭對應(yīng)的諧振頻率；
e. 取諧振頻率為50Hz±1Hz的抽頭為所選抽頭，與電容器C1A的“2”端引線焊好，則諧振回路調(diào)好；
f. 恢復(fù)電容器C1B的“2”端至整流組塊2V1—3之間的連線。
4.6.2 二次諧波諧振回路
試驗電路及調(diào)試方法與“4.6.1”項相同，但要注意：
a. 斷開C2B電容“1”端至2V2—3之間連線；
b. 調(diào)節(jié)電抗變壓器T2上的抽頭M11，M12，M13與M1；
c. 取諧振頻率為100Hz±2Hz的抽頭為所選抽頭。
4.6.3 基波阻波器
試驗電路見圖9。
圖中：PV1，PV2—高內(nèi)阻電壓表 F—變頻電源
圖 9 阻波器調(diào)試接線
a. 斷開C3A電容的“1”端至2V2～4之間的連線；
b. 在T5接線板上斷開電容C3B “2”端至電抗器T5抽頭的連線，在斷開處用變頻電源加5V，50Hz左右電壓；
c. 用高內(nèi)阻電壓表測量電容器C3A兩極之間的電壓UC3； 調(diào)節(jié)輸入電壓頻率使UC3為zui大；此時的頻率即為諧振頻率；
d. 改變電源所加的電抗器T5抽頭位置，求出每個抽頭所對應(yīng)的諧振頻率，取諧振頻率為50±1Hz者為所選抽頭，將由電容C3B“2”端來的連線焊在該抽頭上，則阻波器調(diào)好；
e. 恢復(fù)a項斷開之線。
5 使用與維護
5.1 使用接線
使用接線示意圖見圖10（a）和圖10（b）。
5.2 整定方法
5.2.1 FY—1自耦變流器或FL—8變流器的變比選擇
a. 按下式計算被保護變壓器兩側(cè)額定電流：
I1=P/ 
V1 I2=P/ V2 ……… （4）
V1 I2=P/ V2 ……… （4）式中：P—變壓器額定容量 kVA。
b. 按下式計算FY－1或FL－8變流器輸入電流。
i1△ = I1/N1 i2y = I2/N2 ……… （5）
I1/N1 i2y = I2/N2 ……… （5） 式中：N1，N2—變壓器兩側(cè)電流互感器變比。
i1△—由電流互感器△形接線側(cè)輸入到FY－1或FL－8變流器初級的電流A。
i2y—由電流互感器Y形接線側(cè)輸入到FY－1或FL－8變流器初級或直接到繼電器的電流A。
V1，V2—變壓器兩側(cè)額定電壓kV 。
I1，I2—變壓器兩側(cè)額定電流A。
c. 由FY－1或FL－8變流器初級輸入電流i1△和i2y確定其接線端子FY－1自耦變流器次級輸出電流（即輸入繼電器的電流）按5A考慮時，由LCD－4中表5選擇其抽頭。FL－8變流器次級輸出電流有4種（5，2.89，1，0.577A）可任意選用。初級輸入電流在0.24A～1.6A范圍應(yīng)采用FL－8/1型由LCD－4中表6選擇抽頭，初級輸入電流在1.2A～8A范圍內(nèi)應(yīng)采用FL－8/5型，由LCD－4中表7選擇抽頭。
（a）雙側(cè)用FY—1補償 （b）單側(cè)用FY—1補償
圖 10 LCD—15H使用接線圖
5.2.2制動特性斜率的確定
按下式確定制動特性斜率
kz=kk（△U/2 +△I+△m）…………（6）
式中：△U—變壓器分接頭調(diào)節(jié)范圍，一般取0.2。
△I—過電流時電流互感器1—2LH的誤差，一般取0.1。
△m—調(diào)平衡后FY—1或FL—8的變比誤差。
kk—可靠系數(shù)，可取1.3～2。
5.2.3 動作電流整定值
按下式確定動作電流整定值
Izd ＝kk（△U/2＋△I1＋△m）Ie …………（7）
式中：△I1—正常時，電流互感器1—2LH的誤差，一般取0.02—0.05，Ie —變壓器額定電流（折算到FY—1或FL—8變流器二次后的值）。
5.2.4 差電流速斷整定
差電流速斷的整定值按變壓器空投時可能出現(xiàn)的zui大涌流的1.5～2倍確定，一般參考表3確定。
表3
| 變壓器聯(lián)接組 | 變壓器容量 MVA | 變壓器電源在 | |
| 高壓側(cè) | 低壓側(cè) | ||
| Y--Y | <10 | 15Ie | 15Ie |
| Y--Y | >10 | 10Ie -12Ie | 10Ie -12Ie |
| Y--△ （低壓） | >10 | 6 Ie -8Ie | 10Ie -12Ie |
5.3 現(xiàn)場測量
在繼電器投入運行后，設(shè)備帶有一定負(fù)荷時（越大越好），進行下述測量。
a. 在背后端子“29”與“31”間測得差電壓不大于1V，否則要考慮接線極性或FY—1變比選擇是否正確。
b. 在繼電器背后端子“37”“39”間測得制動電壓應(yīng)不小于下式算得值：
Uz=10I/Ie …………… （8）
式中：I—由設(shè)備電流互感器輸入到繼電器中的電流；
Ie─繼電器額定電流。
5.4 使用注意
5.4.1 繼電器電流端子本身不帶短路片，如果在運行中需要將繼電器取下檢修時， 應(yīng)事先將電流回路短接，以免造成電流互感器二次開路。
5.4.2 繼電器端子插件較薄，應(yīng)避免碰撞或直接放在堅硬的臺子上，以免彎曲，損壞。在插入殼體上之前應(yīng)檢查插片是否已彎曲不正，如已彎曲，應(yīng)矯正后再插入插座內(nèi)。
5.5 運輸和保管
5.5.1 包裝好的繼電器應(yīng)該用適宜的交通工具運輸， 注意防潮防震保證繼電器不受機械損壞，以及不良天氣（如雨、雪、風(fēng)、沙等）和腐蝕性氣體的侵襲。
5.5.2 繼電器應(yīng)單獨包裝發(fā)運，不得裝在屏板上或組合箱內(nèi)發(fā)運。
5.5.3 包裝好的繼電器應(yīng)當(dāng)保存在－25℃～+70℃及相對濕度不大于75％的室內(nèi)。室內(nèi)氣溫不應(yīng)有劇烈地變化，且無腐蝕性氣體存在。
5.5.4 繼電器在使用前留在包裝紙盒內(nèi)，以防損壞。
5.6 對極化繼電器的要求見表4。
6 訂貨須知
訂貨時應(yīng)指明
a. 繼電器名稱、型號及數(shù)量；
b. 繼電器的額定電流；
c. 配套用的FY—1型自耦變流器數(shù)量或FL—8型變流器數(shù)量；
d. 交貨地點；
e. 收貨單位及收貨人。
表 4
| 制造廠 規(guī)格代號 | 線圈 | 觸點間 隙不小 于mm | 動作 電流 mA | 返回電 流不小 于mA | 注 | |||||
| 繞組別 | 電阻 Ω | 匝數(shù) | 線徑 mm | 引出端 | ||||||
| 始端 | 末端 | |||||||||
| 2AJ.309.026.19/1 | Ⅰ | 610 | 6000 | 0.1 | 1 | 2 | 0.2 | 0.8~1 | 0.4 | 兩繞組電阻差 不大于15Ω |
組合開關(guān)：HZ10-10/E95，HZ10-10/E94，HZ10-10/E167，HZ10-10P/8，HZ10-10P/B8，HZ10-10P/08，HZ10-10S/4，HZ10-10E/122，HZ10-10E/142，HZ10-10E/208，HZ10-10E/213，HZ10-10P/9，HZ10-10P/B9，HZ10-10P/09，HZ10-10/210，HZ10-10P/10，HZ10-10P/B10，HZ10-10P/010，HZ10-10/E158，HZ10-10/E152，HZ10-25X/3，HZ10-25/E129，HZ10-25/E174，HZ10-60X/3，HZ10-60/E164，HZ10-60/E67，HZ10-100/E112，HZ10-60/E172，HZ10-100/E188，HZ10-125A
